Nuvens sobre a bacia amaz�nica:
foto tirada durante um voo de pesquisa
(cr�dito:: Philip Holzbeck/Instituto de Qu�mica Max Planck)

Um grupo internacional de pesquisadores, com destaque para a participa��o de brasileiros, conseguiu pela primeira vez desvendar o mecanismo f�sico-qu�mico que explica o complexo sistema de forma��o de chuvas na Amaz�nia, com influ�ncia no clima global. Envolve a produ��o de nanopart�culas de aeross�is, descargas el�tricas e rea��es qu�micas em altitudes elevadas, ocorridas entre a noite e o dia, resultando em uma esp�cie de “m�quina” de aeross�is que v�o produzir nuvens.

Publicidade

A pesquisa, publicada ontem (04/12) na capa da revista Nature, descreve os mecanismos de como o isopreno – um g�s liberado pela vegeta��o por meio de seu metabolismo – � transportado at� a camada da atmosfera acima da superf�cie terrestre pr�xima da tropopausa durante tempestades noturnas. Uma s�rie de rea��es qu�micas desencadeadas com a radia��o solar d� origem a uma grande quantidade de aeross�is que formam as nuvens. Esta produ��o de part�cula � acelerada por rea��es com �xidos de nitrog�nio produzidos por descargas el�tricas na alta atmosfera, em nuvens dominadas por cristais de gelo.

At� ent�o, os cientistas j� haviam identificado as part�culas em outra expedi��o, mas n�o o mecanismo f�sico-qu�mico completo. Acreditava-se que o isopreno n�o chegaria �s camadas superiores da atmosfera porque reagiria ao longo do caminho, pois � bastante reativo, e se degradaria rapidamente com a luz solar. Com a descoberta desses novos mecanismos, ser� poss�vel aprimorar modelos do sistema terrestre, ferramentas fundamentais para simular o clima e compreender o funcionamento presente e futuro do planeta.

Para chegar ao resultado, o grupo usou o material obtido durante o experimento cient�fico CAFE-Brazil, sigla em ingl�s para Chemistry of the Atmosphere: Field Experiment in Brazil. �nico desse tipo, o experimento realizou diversos voos sobre a bacia amaz�nica entre dezembro de 2022 e janeiro de 2023, a 14 quil�metros (km) de altitude, o que corresponde a duas vezes a altura do Aconc�gua, ponto mais alto da Am�rica do Sul. Totalizou 136 horas de voo, cobrindo 89 mil km – mais do que duas voltas completas na Terra pelo Equador.

Aeronave de pesquisa do projeto
CAFE-Brazil logo ap�s a decolagem
(foto: Dirk Dienhart/Instituto de Qu�mica Max Planck)

�

“Um dos destaques desse trabalho � ver como a Amaz�nia tem uma simbiose de complexos mecanismos e importantes fen�menos que agem dentro de um sens�vel equil�brio do ecossistema. A preserva��o desse equil�brio permite manter as condi��es do clima como conhecemos atualmente. Altera��es como as provocadas pelas mudan�as clim�ticas ou pelo desflorestamento podem gerar efeitos inesperados e n�o estudados ainda”, explica � Ag�ncia FAPESP um dos autores brasileiros da pesquisa, o professor Luiz Augusto Toledo Machado.

�

Pesquisador do Instituto de F�sica da Universidade de S�o Paulo (IF-USP) e colaborador do Departamento de Qu�mica do Instituto Max Planck, na Alemanha, Machado diz que o resultado abre um horizonte amplo para analisar o impacto do aquecimento global no clima, no meio ambiente e no ecossistema.

Para Paulo Artaxo, coordenador do Centro de Estudos Amaz�nia Sustent�vel (CEAS) da USP, professor do IF-USP e coautor do artigo, os resultados permitem realizar modelagens com mais confiabilidade, podendo incluir mecanismos do ponto de vista f�sico-qu�mico e biol�gico.

“As emiss�es de isopreno dependem da floresta em p�. Elas n�o ocorrem se a vegeta��o nativa for substitu�da por pastagem ou cultura de soja. Com o desmatamento, esse mecanismo de produ��o de part�culas � destru�do, reduzindo a forma��o de nuvens e de precipita��o. � o que chamamos de realimenta��o negativa no sistema clim�tico total, pois o desmatamento traz redu��o de precipita��o de maneira significativa por diminuir a evapotranspira��o e a produ��o de part�culas, que dependem das emiss�es de isopreno”, afirma Artaxo.

Levantamento divulgado pelo MapBiomas em outubro, com base em imagens de sat�lites, mostrou que pastagem foi a principal finalidade do desmatamento da Amaz�nia entre 1985 e 2023. No per�odo, o crescimento dessa �rea foi de mais de 363%, passando de cerca de 12,7 milh�es para 59 milh�es de hectares. Com isso, 14% da Amaz�nia tinha virado �rea de pastagem em 2023.

O mecanismo

A floresta exala aromas muito caracter�sticos. S�o gases conhecidos como compostos org�nicos vol�teis (VOCs, na sigla em ingl�s), entre eles o terpeno – grupo de subst�ncias encontradas em resinas de �rvores e �leos essenciais – e o isopreno. Estima-se que as florestas em todo o mundo liberem mais de 500 milh�es de toneladas de isopreno na atmosfera anualmente, sendo que um quarto dessa emiss�o vem da Amaz�nia.

Na floresta amaz�nica, o isopreno � emitido durante o dia, pois depende da luz do sol. Acreditava-se que o g�s n�o alcan�ava as camadas mais altas da atmosfera porque seria destru�do em poucas horas por radicais hidroxila, altamente reativos. “Agora, estabelecemos que isso � parcialmente verdade. Ainda h� quantidade consider�vel de isopreno � noite. Uma parte significativa dessas mol�culas pode ser transportada para camadas mais altas da atmosfera”, afirma em nota o autor correspondente do artigo, Joachim Curtius, professor da Universidade Goethe de Frankfurt (Alemanha).

Durante a noite, tempestades tropicais sobre a floresta ajudam a transportar gases, como o isopreno, para camadas mais altas por meio de convec��o intensa. Semelhante a um aspirador, esse processo � impulsionado por correntes de ar ascendentes, especialmente em regi�es com alta umidade e calor acumulado. Os gases se combinam com compostos de nitrog�nio provenientes dos rel�mpagos na alta atmosfera.

Nas �reas mais altas, entre 8 e 15 km de altitude, as temperaturas chegam a 60�C negativos. Cerca de duas horas ap�s o sol nascer, os radicais hidroxila que se formam tamb�m nessas altitudes reagem com o isopreno, dando origem a nitratos org�nicos, compostos diferentes dos encontrados pr�ximos ao solo. Produzem, assim, altas concentra��es de nanopart�culas de aeross�is, com mais de 50 mil delas por cent�metro c�bico.

Essas part�culas crescem ao longo do tempo e s�o transportadas por longas dist�ncias, podendo atuar como n�cleos de condensa��o de nuvens. Influenciam o ciclo hidrol�gico global, o balan�o de radia��o e o clima. Os mecanismos de forma��o desses compostos nitrogenados org�nicos agora ser�o incorporados nos modelos clim�ticos, melhorando a previs�o de chuvas, especialmente em regi�es tropicais.

A FAPESP apoia o estudo por meio de um Projeto Tem�tico vinculado ao Programa de Pesquisa sobre Mudan�as Clim�ticas Globais (PFPMCG) e liderado por Machado e outro por Artaxo, al�m de outros quatro projetos (23-04358-9, 21/03547-7, 22/01780-9 e 22/13257-9).

Al�m dessa pesquisa, a Nature traz na mesma edi��o outro estudo desenvolvido por parte da equipe de pesquisadores que trata da nova forma��o de part�culas a partir do isopreno na troposfera superior. Eles reproduzem em c�maras experimentais as condi��es presentes nessas altitudes, analisando em detalhe as rea��es desencadeadas pela luz solar.

A expedi��o

V�rios voos de pesquisa realizados no experimento CAFE-Brazil contribu�ram para a gera��o de perfis de altitude para diferentes gases. Foi poss�vel medir massas de ar transportadas para a troposfera superior e as diferen�as entre as situa��es diurnas e noturnas.

O professor Machado, que participou da coleta de informa��es na Amaz�nia, conta que os voos chegavam a ter dura��o de at� 12 horas. “Vir�vamos a noite. Percebemos que as part�culas se formavam de manh�. Por isso, sa�amos de madrugada. As equipes iam para o aeroporto para voar, enquanto eu e outros pesquisadores fic�vamos na sala de opera��es acompanhando e dando diretrizes das previs�es e de onde estavam as chuvas. Eu tamb�m fazia voos que entravam nas nuvens para medir isopreno. Era bem emocionante”, relata.

Machado, � esquerda, durante um dos voos (foto: acervo pessoal)

A base de trabalho foi montada em Manaus (AM). Os voos eram realizados com o avi�o HALO (sigla em ingl�s para High Altitude and LOng range research aircraft), uma aeronave de pesquisa para longas dist�ncias (mais de 8 mil km), altas altitudes (at� 15,5 km) e grandes cargas (at� 3 toneladas). O experimento contou com a parceria entre a Universidade Goethe de Frankfurt, o Instituto Max Planck de Qu�mica (Alemanha), o Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (Inpe) – que foi respons�vel pela licen�a da expedi��o cient�fica coordenada pelo pesquisador Dirceu Herdies, tamb�m autor do artigo –, o Instituto Nacional de Pesquisas da Amaz�nia (Inpa) e a USP.

Equipe do CAFE-Brazil, sediada em Manaus (foto: divulga��o)

Recentemente, outro estudo liderado por Machado foi publicado na revista Nature Geoscience mostrando que a floresta � capaz de produzir sozinha aeross�is que, induzidos pela pr�pria chuva, desencadeiam um processo de novas forma��es de nuvens e precipita��o (leia mais em: agencia.fapesp.br/53265).

Os artigos Isoprene nitrates drive new particle formation in Amazon’s upper troposphere e New particle formation from isoprene in the upper troposphere podem ser lidos, respectivamente, em: www.nature.com/articles/s41586-024-08192-4 e www.nature.com/articles/s41586-024-08196-0.